快速检测技术在食品安全保障中的应用及发展

赵 磊，肖 潇，刘国荣，商 锋，王 旋，王成涛

（北京工商大学北京市食品添加剂工程技术研究中心/食品质量与安全北京实验室，北京 100048）

快速检测技术在食品安全保障中的应用及发展

赵 磊，肖 潇，刘国荣，商 锋，王 旋，王成涛*

（北京工商大学北京市食品添加剂工程技术研究中心/食品质量与安全北京实验室，北京 100048）

分析了食品存在的问题，以化学比色法、免疫分析方法、分子生物学方法、酶抑制技术、生物传感器、ATP生物发光法等技术为主，阐述了快速检测技术对大流通领域食品安全的保障作用，并对其应用及发展方向进行了展望。

快速检测技术；流通；食品安全

民以食为天！食品安全供应关系到国计民生，是构建和谐社会的必然要求。现阶段食品供给“买全国、卖全国”的市场大流通格局已在各大中型城市基本形成。仅以北京市为例，常住人口超过了2 000万，年均农副产品（食品）总消费额在1000亿元左右，其中有85%以上的食品由外埠供应［1］。食品生产经营的供应管道及外部环境复杂，源头控制难度较大，市场准入门槛普遍偏低，使得食品安全输入性风险长期存在。同时，食品生产经营过程常常由于缺乏有效的管理，违规违法的现象严重，例如食品添加剂的滥用、非食用物质的非法添加、生产日期和保质期的虚假标注等，已成为食品安全的薄弱环节。食品安全问题危害人民群众的身体健康与生命安全，人们对安全健康食品的追求日趋强烈［2-5］。如果广大人民群众能够吃上健康安全的食品，从根本上实现我国的食品安全管理，就应该对食品的全过程实施全程监控和管理。《中华人民共和国食品安全法》［6］中提出对食品安全的监管应实现从农田到餐桌全程监管。国内食品安全监管部门按照规定调整监管模式，逐步实现由部门监督向技术监管的转变。检测的准确性、检测速度的快慢等是技术监管中亟待解决的问题［7］。频发的食品安全事件，具有突发性强，蔓延快等特点，传统检测手段无法满足监督对于快速和预警的需要。如若从根本上实现大流通环境下的食品安全管理，就必须发展相匹配的准确、方便、快速、灵敏的食品安全快速检测技术。其中，便携式快速检测适应现场检测的要求，其设备易于使用、操作简单，为普及快速检测技术提供了保障，同时为基层检验人员提供了方便［8］。快速检测技术的应用为保障食品生产、加工、流通和销售等环节安全，实现食品安全的全程监管提供了技术支持，在食品安全监管中具有广阔的应用前景。

因此，本文针对食品安全存在的问题，探讨了食品安全快速检测技术对食品安全的保障作用及其应用价值，具有重要的现实意义。

1 食品快速检测技术对食品安全的保障作用

对于大中型城市而言，由于食品生产分散、供给管道复杂、消费人群众多且法律意识薄弱，造成从生产到消费环节各种食品安全问题频发。食品生产过程中存在的违法违规现象以及销售、储运等环节的生物性污染问题日益突出，仅依靠各部门实验室的仪器分析检测系统远不能满足要求［9］。运用常规的检测方法对样品前处理时，操作烦琐复杂，检测仪器和试剂昂贵，难以全面及时地监控大流通环境下的输入性食品安全。因此，快速检测技术甚至现场检测技术对于保障食品安全具有重要意义。如今，对食品安全检测需求日趋增加，食品安全快速检测技术已经成为技术监管的前体，逐渐引起各监管部门的重视。尽管现场快速检测技术受到特异性和灵敏度等方面的制约，但可以作为发现问题的第一步，通过广泛筛查，能够迅速、有效、低成本地为企业内控和政府执法提供食品安全信息，具有不可替代的作用［10］。

1.1 加强中小食品企业的食品安全管理水平

目前大中型城市的食品加工原料仍以散户生产为主，造成初级农产品源头污染严重［11］。对于中小食品企业而言，绝大多数缺乏相关部门的食品安全检测技术的支撑，如何保障原料质量、做好内控至关重要。普及食品安全快速检测技术，如农药、兽药、有毒化学物质、致病微生物快速检测技术，有利于中小企业把好原料采购关并掌控内部产品质量，能够在快速、简单、低投入的情况下建立起适用于中小食品企业的产品质量管理流程，从而使产品的质量有所保障。

1.2 提升食品质量监管的科学性、准确性和有效性

工商部门在市场巡查监管的过程中，通常采用看、摸、闻等感官方法配以主观看法对食品安全进行监管，缺乏一定的科学依据。而快速检测技术可对食品的质量进行初步判断，提高了对食品质量安全定性的准确度。此外，还可为食品的抽检指明方向，避免盲目抽检。对经快速检测技术检验出问题的产品抽样，送至有资质的相关部门进一步检验最终获得检验报告，可为执法部门实施管理提供有力的证据支持。

1.3 增强食品监管的时效性，及早处理问题食品

目前，大多数具有法定资质的检测机构，完成全项定量检测并出具检测报告花费的时间不等，一般需花费7～15个工作日，最快也需2～3天，这对于保质期短、流通快的食品而言，如牛奶、面包、蔬菜和水果等，其检测结果并无实际意义。运用食品安全快速检测技术，可在几分到几十分钟内获得定性或定量检测结果，同时以相对低廉的成本对上述群众日常所需的流通性较快的食品进行初步检测判定，能及时地处理不合格食品。很大程度上降低了不合格食品流入到消费者手中的可能性，增强了相关部门监管工作的时效性和前瞻性［12］。此外，降低了消费者对食品安全的顾虑，同时督促经营者严格遵守法律法规，对确保大流通环境下的食品安全起到了积极作用。

1.4 检测费用低、操作简单、易于推广

对于许多廉价、需求量高、控制较严格的食品，由检测机构全面检测确保其安全势必会提高食品售价，甚至会延误对安全问题的发现时机，不具有现实意义。快速检测技术只需简单处理样品，检测成本相对较低，并且能够在短时间内获得检测结果，对仪器设备和操作人员的技能水平要求较低，方便携带到现场进行检测，因而具有广谱性，近到附近的批发市场，远到城乡结合部、农村等食品集散地［13］。快速检测技术的普及应用能够应对突发性食品安全问题，能够最大限度地减少甚至避免各类食品安全事件带来的损害。

2 食品安全快速检测技术及应用

2.1 化学比色法

化学比色法是以能否与待检物质迅速发生显色反应来判断目标成分的存在。可通过肉眼、比色、试剂盒等实现定性或半定量分析。该方法能够节约成本，操作流程简单，结果可供直观判断，可及时对食品安全现场进行采样并对大批量样品进行检测，但不适于对痕量物质的分析。目前市场上根据该方法设计流通的产品有检测试剂盒、试纸条、速测卡等［14］。也有与其相配套的微型光电比色计及便携式速测仪等小型仪器［15］。美国3M公司利用该方法生产的perrifilmTMPlate试纸，用于食品中微生物数量的测定，并与传统方法相关性好，为美国分析化学家协会（AOAC）认可推荐。化学比色技术目前已经应用到有机农药、二氧化硫、硝酸盐、铅、汞、镉、微生物等的快速检测［16］。

2.2 免疫分析方法

免疫分析技术的基本原理是抗原与抗体的特异性结合，再辅以免疫放大技术形成肉眼或仪器可以辨别的形态，主要有酶联免疫法、免疫胶体金法、荧光免疫法、放射免疫法等。免疫分析技术具有较高的特异性和灵敏度，在食品领域中常用于检测有害微生物、农药残留、兽药残留及转基因食品等［17］。

酶联免疫法（enzyme linked immunosorbent assay，ELISA）具有检测速度快，适用范围广，特异性强，准确性高的特点，是免疫分析中应用最广的方法［18］。ELISA法首先将酶标记的抗体/抗原固定，然后在其中进行免疫反应和酶促反应，最后通过酶作用于底物显色进行辨别。目前，科研工作者已经建立了一系列农兽药检测的ELISA法，并制备了666、DDT、对硫磷、克仑特罗、氯霉素、磺胺类等药物的快速检测试剂盒［19-20］。此外，该项技术还被应用于检测食品中一些有害微生物，如金黄色葡萄球菌、沙门氏菌、单核增生李斯特菌和大肠埃希氏菌等［21］。

免疫胶体金法是以胶体金作为示踪标记物的免疫分析方法，相比前一种免疫分析方法，这是一种新型的免疫分析方法。该方法是利用还原剂如白磷、抗坏血酸、枸橼酸钠、鞣酸、柠檬酸钠等将氯金酸（HAuCl4）溶液中的金离子还原成金原子，并在静电作用下聚合形成稳定的胶体溶液。由于胶体金颗粒聚集达到一定程度时会出现肉眼可见的粉红色斑点，因此可作为免疫层析实验的指示物［22］。免疫胶体金技术具有快速简便、稳定性强、特异敏感等特点，此外，该技术不需要特殊设备和试剂，结果判断直观，可以进行定性及半定量分析。目前，国内外已经开发出了一系列相对成熟的试纸条，并将该方法用于食品中有害微生物、农药、兽药（如磺胺类药物、氯霉素）、黄曲霉毒素、盐酸克伦特罗残留以及吗啡和罂粟碱的检测，为现场执法提供了较好的科学依据［23-29］。

2.3 分子生物学方法

分子生物学技术以病原菌的保守核苷酸序列作为检测标靶，来及时、安全、准确地检测食品中是否有病原菌的存在。其中，由于聚合酶链式反应（polymerase chain reaction，PCR）检测法、基因探针检测法和基因芯片检测法等分子生物学方法具有灵敏度高、特异性强、简便快速的特点而备受关注［30-31］。

PCR技术是利用DNA在温度变化时变性与复性原理，在引物的引导和脱氧核糖核苷酸（dNTP）等参与下，利用DNA聚合酶对模板DNA进行复制扩增，使其在短时间内增加百倍。此方法在沙门氏菌、金黄色葡萄球菌、肠出血性大肠杆菌、李斯特菌、志贺菌、绿脓杆菌和副溶血性弧菌等多种致病菌的检测中的应用均有报道，具有操作简单、快速、灵敏度高和样品纯度要求低等优点［32-34］。随着分子生物学技术的不断发展，实时定量PCR、免疫捕获PCR、多重PCR、标记PCR等技术的出现，进一步提高了检测灵敏度，缩短了检测周期。实时定量PCR应用了荧光探针，通过测定荧光信号变化，对PCR进程进行实时检测，不仅可以得到病原菌的定性检测结果，还可对其数量准确定量。实时定量PCR目前已应用于食品中沙门氏菌、志贺氏菌、单核增生李斯特菌、金黄色葡萄球菌等的快速检测［30-32］。此外，将PCR技术与免疫磁珠技术结合，可实现从样品中选择性地快速富集目标病原菌，缩短增菌过程，提高精准性，达到快速检测的目的。Notzon等［35］将定量PCR技术与免疫磁珠技术相结合，实现了在12～13 h内检测出肉类食品中的沙门氏菌。

基因探针技术又称分子杂交技术，是将病原菌保守基因DNA双链中的一条标记成DNA探针，通过检测样品与标记性DNA探针能否进行特异性结合，来检测样品中是否具有该种病原菌，通常采用放射性同位素32P标记探针。该技术在食品微生物检测中应用广泛，具有灵敏、快速的优点，且能够排除其他微生物的干扰作用［30］。目前，已有多种基于此种技术的试剂盒问世，Gene-Trak公司采用该项技术研制出了一系列致病菌检测试剂盒，能够成功地检测食品中沙门氏菌、李斯特菌、大肠杆菌、金黄色葡萄球菌、弯曲菌等致病菌［36］。

基因芯片技术是采用光导原位合成或显微打印手段，将大量特定的寡核苷酸片段或基因片段作为探针，密集、有序地固定于经过相应处理的载体表面，然后加入待测样品进行杂交，通过检测杂交信号，来确定受检样品的信息。该技术具有准确、快速、易于操作等优点，并允许一次性对大量样品进行检测和分析，常用于检测食品中常见致病细菌及其毒素、真菌毒素、病毒等微生物［37］。法国生物梅里埃公司的Gen-Probe系统，采用该项技术，以致病菌rRNA为靶核苷酸，将标记物探针与目标rRNA杂交，能够快速检测出食品中的金黄色葡萄球菌、弯曲杆菌等［38］。上海市农业科学院制作的转基因农产品检测试剂盒，可系统检测大豆、油菜、玉米等多种转基因农产品的外源基因和表达调控元件，用时短，灵敏度高，符合国际检测要求［39］。

2.4 酶抑制技术

酶抑制技术是利用有机磷和氨基甲酸酯类农药为乙酰胆碱酯酶的底物结构类似物，能够使乙酰胆碱酯酶催化中心中Ser残基中的羟基发生磷酸化和甲胺酰化，而使乙酰胆碱酯酶失活来检测食品中的农药残留的技术［40］。该项技术研究比较成熟，具有检测速度快、准确性高、操作简单、成本低等优点，是国内应用最广泛的快速检测技术之一，目前的主要方法有酶片法、比色法和胆碱酯酶生物传感器法等。然而，该项技术易受到食品来源及种类的影响，例如，对大蒜、韭菜、洋葱等有刺激味的蔬菜进行检测时，会出现假阳性反应，增加了食品安全的监管难度［41］。王文等［42］通过预处理将样品pH值调到最佳值后再进行检测，能够消除假阳性反应的影响，使有机磷和氨基甲酸酯类农药得到正常检测。目前，以酶片法制作的农药速测卡及农药残留速测箱比较常用。此外，选用脲酶、葡萄糖氧化酶、磷酸酯酶等作为检测用酶，还能用于检测Pb2+、Hg2+、Cd2+等重金属离子［43］。

2.5 生物传感器

生物传感器是将待测物质和分子识别元件特异性结合，再将两者发生生化反应的信号转变为可处理的光、电等信号，并经信号放大装置，最终在信号显示装置上输出，以达到分析检测特定物质的目的。生物传感器的信号敏感元件是具有生物活性的物质，它能够特异识别分子。该技术具有选择性好、专一性强、准确度高、操作简便、成本低、高度自动化等优点，已被用于食品检测的多个领域，如食品成分分析、食品添加剂、农兽药残留检测及食品中微生物和毒素分析、食品鲜度检测等［44］。此外，其在检测食品中的甜味素、亚硝酸盐、有机磷农药、多氯联苯、β-内酰胺类抗生素、鼠伤寒沙门氏菌、蓖麻毒素、肉毒毒素、重金属离子等有许多成功的报道［45］。

2.6 ATP生物发光法

ATP生物发光法是通过检测生物体裂解后释放的ATP量来估计生物体的数量的方法。该方法原理是在有氧条件下，荧光素和ATP结合成氧化荧光素具有荧光效应，以此来测出ATP量，从而测得待测生物体的量。ATP生物发光法具有简便、快速、重现性好、灵敏度高等优点，适用于检测食品中微生物，对该技术的研究和应用也越来越多。例如，唐倩倩等［46］采用生物发光法测定了肉制品中的细菌污染、乳制品中乳酸菌含量、啤酒中菌落总数、调味品及脱水蔬菜的含菌量。美国Charm Science公司生产的Poctet Swab Plus、Water Giene TM和Charm CHEF等，可分别用于食物、水产品、生肉表面的细菌检测［10，14］。但是由于微生物种类复杂以及反应体系影响因素多，使该项技术的测定结果受到一定影响。另外，此类试剂较为昂贵，制约了该技术的普及应用。经过科研人员对该技术的不断改进，ATP生物发光法势必在食品领域应用越来越多。

3 食品安全快速检测技术的发展方向

目前，食品安全快速检测技术存在的灵敏度和准确度不高的问题，使其在食品产业中的使用受到限制。对化学比色法来说，虽然该方法具有操作简单、结果直观等优点，但是其检测过程中容易受到其他物质的影响从而干扰其实验结果；免疫学方法具有检测速度快、灵敏度高的优点，但是检测结果容易出现假阳性、假阴性；ATP生物法具有快速、操作简便的特点，但是样品中含有的某些离子会对ATP的测定造成干扰，可能会使其灵敏度降低，达不到检测样品的条件。由于人们对食品安全问题的重视程度提高，国家对食品中有毒有害物质的要求越来越严格。因此，提高快速检测技术的准确度与灵敏度已成为研发工作的重要组成部分［47］。因此，需要增加或改进样品的前处理过程，去除或屏蔽样品中的干扰物质，不断优化改进检测工艺，最终提高快速检测技术对待测样品的准确性和敏感度。

食品快速检测技术已经得到了广泛应用，但是其所能检测的项目和食品种类有限，对于食品中存在的复杂的安全隐患，尚不能全部找到与之匹配的快速检测产品进行应用［48］。目前在饲料行业中已经应用部分快速检测技术，但是总体来讲可用的品种较少，不能满足需求。因此，需要加大这方面的投入与研究，丰富快速检测产品的数量与质量。此外，快速检测产品主要以进口为主且售价较高，国内相关机构在这方面的研究投入及成果尚不能满足需求。因此，需要在引进国外先进技术的基础上，借鉴相关经验，通过改进及创新，实现高效经济的食品安全快速检测产品的自主研发。

此外，除了亚硝酸盐、二氧化硫、有机磷、氨基甲酸酯类等的快速检测有相应的标准可以参照执行外，很多指标缺乏权威的与之相应的快速检测技术标准［49］。因此，需要政府部门的支持引导和政策鼓励，呼吁组织各大研究所、高校和企业共同讨论学习建立国家标准和规范，共同推动快速检测技术的发展。

4 结 语

对于大中型城市而言，满足人们日常所需的各种食品绝大多数来源管道众多，且处于高度的流通状态。保障食品供给安全离不开快速、灵敏、方便的检测技术。在食品卫生检验中普及食品安全的快速检测方法尤为重要。用长远的眼光来看，分子生物学、免疫学和计算机技术的发展促进了食品安全快速检测技术向更灵敏更快捷的方向发展。建立健全的食品安全快速检测方法，更准确地监控食品生产、传输、销售的过程有重要的现实意义。对于传统的食品安全检测技术而言，快速检测技术的普及与推广是一个补充和提高的过程，同时它使食品的质量得到了更有效的保障，推动了食品工业向更健康的方向发展，满足人民对健康食品的渴望。食品安全快速检测技术融合了多种学科的先进技术，使食品安全检测技术向高精尖的方向发展，最终更好地保障在大流通环境下的食品安全。

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Applications and Development Directions of Rapid Detection Techniques in Protection of Food Safety

ZHAO Lei，XIAO Xiao，LIU Guorong，SHANG Feng，WANG Xuan，WANG Chengtao*
（Beijing Engineering and Technology Research Center of Food Additives/Beijing Laboratory for Food Quality and Safety，Beijing Technology and Business University，Beijing 100048，China）

This paper analyzes the problems of imported food by using the chemical colorimetric method，immunological analyzing method，molecular biological method，enzyme inhibition technology，biosensors and ATP bioluminescence technology，which can describe a support role for the rapid detection of large circulation area of food safety，and the prospect of its application and development.

rapid detection technology；circulation；food safety

檀彩莲）

TS207

A

10.3969/j.issn.2095-6002.2015.04.013

2095-6002（2015）04-0068-06

赵磊，肖潇，刘国荣，等.快速检测技术在食品安全保障中的应用及发展［J］.食品科学技术学报，2015，33（4）:68-73.

ZHAO Lei，XIAO Xiao，LIU Guorong，et al.Applications and development directions of rapid detection techniques in protection of food safety［J］.Journal of Food Science and Technology，2015，33（4）:68-73.

2014-11-13

北京社会科学基金重大项目（14ZDB18）；北京市科技计划项目（Z15110500120000）；北京市属高等学校食品科学创新团队项目（IDHT20130506）；北京工商大学研究生学习基地建设——食品学院项目（0142132014）。

赵 磊，女，副教授，主要从事功能性食品和食品安全方面的研究；

*王成涛，男，教授，主要从事食品生物技术及食品安全方面的研究。

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